Průvodka. CZ.1.07/1.5.00/ Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT. Číslo projektu Název projektu Číslo a název šablony klíčové aktivity

Transkript

1 Průvodka Číslo projektu Název projektu Číslo a název šablony klíčové aktivity CZ.1.07/1.5.00/ Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT Příjemce podpory Gymnázium, Jevíčko, A. K. Vitáka 452 Název DUMu Název dokumentu Pořadí DUMu v sadě 02 Vedoucí skupiny/sady Atom VY_32_INOVACE_18_02 Mgr. Věra Grimmerová Datum vytvoření Jméno autora autora Ročník studia 1. Předmět nebo tematická oblast Výstižný popis způsobu využití materiálu ve výuce Mgr. Věra Grimmerová grimmerova@gymjev.cz Chemie Materiál obsahuje prezentaci, která je využitelná ve výuce chemie v 1. ročníku. Inovace: Mezipředmětové vztahy s fyzikou, využití ICT, mediální techniky.

2 Zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT reg. č.: CZ.1.07/1.5.00/

3 ATOM Historie: 5. stol. př.n.l: řečtí filosofové Demokritos a Leukippos poprvé vyslovili pojem atom a označili ho za nejmenší, dále nedělitelnou částici látek (řec. atomos = nedělitelný)

4 Počátek 19. stol: anglický učitel John Dalton shrnul všechny poznatky o atomu do atomové teorie: Autor: Thomas Phillips, licence CC-PD-Mark mas_phillips,_1835.jpg?uselang=cs, licence CC-PD-Mark

5 1) Prvky jsou složeny z malých, nedělitelných částic atomů. Atomy jednoho prvku jsou vždy stejné. Atomy různých prvků mají různou hmotnost a vlastnosti. 2) V průběhu chemických reakcí se mohou atomy spojovat, oddělovat nebo přeskupovat, ale nemohou zmizet a přeměnit se na jiné atomy. 3) Slučováním atomů dvou nebo více prvků vznikají chemické sloučeniny.

6 Z Daltonovy teorie vyplývají 2 zákony: Zákon zachování hmotnosti: Součet hmotností reaktantů je roven součtu hmotností produktů. Zákon stálých poměrů slučovacích: Prvky se slučují v určitých stálých hmotnostních poměrech. Např. v čisté vodě připadá na kyslík o hmotnosti 8g vodík o hmotnosti 1g.

7 Modely atomů Thomsonův model: atom je kladně nabitá koule, v níž se nacházejí elektrony (1897 objevil elektron) Autor: Not Mentionet, licence Cerative Commons, CC-PD- Mark, PD old ki/file:j.j_thomson.jpg?uselan g=cs, LicenceCC

8 Rutherfordův model (planetární): anglický vědec Ernest Rutherford nechal vysílat záření α (proud kladně nabitých jader helia) na kovovou fólii. Většina částic procházela přes fólii přímo, ale některé se vychýlily nebo odrazily zpět. e:atome_de_rutherford.png?uselang =cs, licence CC, BY-SA

9 Odvodil tak, že atom obsahuje uprostřed kladně nabité jádro, kolem něhož obíhají elektrony po kružnicích jako planety kolem Slunce (1911 obdržel Nobelovu cenu za objev atomového jádra). e=file:rutherford_gold_foil_experiment_result s.svg&page=1&uselang=cs, licence CC, BY- SA

10 Nedostatky: Neurčil poloměry drah, po kterých se elektrony pohybují, pohyb elektronů neodpovídal známým zákonům mechaniky. Bohrův model (1913): dánský fyzik Bohr se snažil odstranit nedostatky Rutherfordova modelu atomu a formuloval 3 postuláty (pravidla):

11 1. Elektrony se pohybují v elektronovém obalu atomu kolem jádra po zcela určitých kruhových drahách, jejichž poloměr lze přesně určit. Tato dráha se nazývá orbit (lat. orbita = kolej, stopa) 2. Každý elektron je umístěn na své základní dráze, na níž má určitou hodnotu energie a tato hodnota se nemění.

12 3. Jestliže elektron přijme určitou dávku energie (tzv. energetické kvantum), přeskočí na dráhu s větším poloměrem (vyšší energetickou hladinu), tuto energii opět vyzáří, a pak se vrací zpět na svoji základní dráhu. Nedostatky: Výpočty hodnot energie a experimentálně získané poznatky platily pouze pro nejjednodušší atomy a kationty. Pro složitější atomy model nevyhovoval.

13 Bohrův model atomu Autor: Brighterorange, licence Creative Commons, BY-SA l_english.svg&page=1&uselang=cs, licence CC

14 Kvantově mechanický model atomu: S rozvojem kvantové mechaniky na počátku 20. století ( ) se snažili odstranit nedostatky Bohrova modelu atomu tito tři fyzikové:

15 Louis de Broglie: Elektrony mají dualistický (dvojí) charakter: chovají se jako vlnění a jako proud částic Karl Werner Heisenberg: Princip neurčitosti elektrony se v obalu atomu vyskytují v určité oblasti tzv. pásu neurčitosti a nelze určit jejich dráhu ani hybnost.

16 Erwin Schrödinger: Vysvětlil chování elektronů matematicky pomocí vlnové rovnice, jejímž řešením je vlnová funkce ψ: ψ 2 určuje pravděpodobnost, s jakou se elektron nachází v daném prostoru obalu atomu.

17 JÁDRO ATOMU obsahuje nukleony: protony p + (elementární částice s kladným nábojem) a neutrony n o (elementární částice bez náboje) počet nukleonů udává nukleonové číslo A: A = Z + N Autor: Bensaccount, licence Creative Commons, BY-SA om1.svg&page=1&uselang=cs

18 Stabilita atomového jádra Stabilita jádra závisí na poměru počtu protonů a neutronů. Veličina charakterizující stabilitu jader se nazývá vazebná energie jádra E v [J]: energie, která se uvolní při vzniku jádra z jednotlivých nukleonů nebo kterou je třeba dodat k rozštěpení jádra na jednotlivé nukleony.

19 Radioaktivita je schopnost jádra uvolňovat (emitovat) záření byla poprvé pozorována francouzským fyzikem H. Becquerelem na sloučeninách uranu název radioaktivita pochází od objevitelů radioaktivních prvků radia a polonia Marie Curie Sklodowské a jejího manžela Pierra Curie.

20 v přírodě existuje asi 50 radioaktivních nuklidů (radionuklidů) u nich byly zjištěny 3 druhy neviditelného záření: 1. Záření α (alfa): je proud rychle se pohybujících jader helia 4 2He, je nejméně pronikavé

21 2. Záření β (beta): a) záření β - : proud elektronů 0-1e b) záření β + : proud kladně nabitých pozitronů 0 +1e 3. Záření γ (gama): je elektromagnetické vlnění s krátkou vlnovou délkou a vysokou energií. Je nejpronikavější (projde i olověnou deskou).

22 Jádra vzniklá po emisi jednotlivých druhů záření: 1. Záření α: A ZX 4 2He + A-4 Z-2Y vzniká jádro, které má nukleonové číslo o 4 jednotky a protonové číslo o 2 jednotky menší. např Ra 4 2He Rn 2. Záření β-: A ZX o -1e + A Z+1Y vzniká jádro, které má o jeden proton více např Pa o -1e U

23 Záření β+: A ZX o 1e + A Z-1Y vzniká jádro, které má o jeden proton méně např P o 1e Si 3. Záření γ: Po emisi tohoto druhu záření se jádro nemění, pouze snižuje svoji energii.

24 Znázornění pronikavosti paprsků α, β a γ

25 Umělá radioaktivita V roce 1934 byl připraven dcerou manželů Curiových Irenou Curie a jejím manželem Frédericem Joliotem radioaktivní fosfor ozařováním neradioaktivního hliníku částicemi α: Al + 4 2α 30 15P + 1 on

26 Při radioaktivní přeměně vzniká nové nestabilní jádro, které opět uvolňuje záření, a tak vznikají tzv. rozpadové řady. Existují 3 přirozené rozpadové řady (thoriová, aktiniová, neptuniová) a 1 uměle vytvořená rozpadová řada (uranová). Rozpad jader se zastaví až u stabilního izotopu olova.

27 Jaderné (nukleární) reakce reakce, při nichž se mění jádro atomu na jiné, 3 typy: 1) Transmutace prostá přeměna jader 2) Štěpení jader jedno jádro se rozštěpí a vzniknou dvě přibližně stejně velká jádra, uvolní se neurony a velké množství energie (řetězová reakce princip atomové bomby)

28 3) Syntéza jader vznik jednoho těžšího jádra z jader lehčích, např. syntézou 4 jader lehkého vodíku vznikne jádro helia Význam radioaktivního záření 1. lékařství ozařování zhoubných nádorů

29 2. geologie a archeologie určování stáří hornin a archeologických nálezů pomocí izotopu 13 6C 3. chemie určování struktury látek 4. biologie zjišťování koloběhu prvků a jejich sloučenin v živých organismech

30 Reakce v jaderném reaktoru Autor: Reimar Spohr, licence Creative Commons, CC-BY-SA

31 OBAL ATOMU obsahuje elektrony = elementární částice se záporným nábojem, jejichž hmotnost je asi 1840krát menší než hmotnost protonu prostor, v němž se elektron s 95% pravděpodobností nachází, se nazývá orbital

32 Tvar a vlastnosti orbitalů popisují tzv. kvantová čísla: 1. Hlavní kvantové číslo n: udává energii elektronů a vrstvu (hladinu), na níž se elektrony nacházejí nabývá hodnot celých kladných čísel n= 1,2,3,4,5,6,7 vrstvy (hladiny) se v obalu atomu značí číslicemi 1-7 nebo písmeny K,L,M,N,O,P,Q

33 čím vzdálenější je elektron od jádra, tím má větší energii hlavní kvantové číslo n odpovídá číslu řady (periody), v níž je prvek umístěn např. sodík Na je prvek 3. periody, proto jeho n = 3 a má v obalu atomu celkem 3 elektronové vrstvy 1,2,3 (K,L,M)

34 2. Vedlejší kvantové číslo l: udává tvar orbitalu, nabývá hodnot v závislosti na hl. kv. čísle n: l = 0,1,2,3 n-1 např. je-li n = 3, pak l = 0,1,2 n = 5, pak l = 0,1,2,3,4

35 Tvary orbitalů: l = 0 orbital s, má tvar koule Autor:Joanna Kośmider, licence PD al_s.svg&page=1&uselang=cs, licence PD

36 l = 1.. orbital p, má tvar prostorové osmičky, existují 3 typy: p x, p y a p z Autor:Haade, licence Creative Commons, CC-BY

37 l = 2. orbital d, existuje 5 typů, mají složitější tvar: Autor: Haade, licence Creative Commons, CC-BY licence CC - BY

38 l = 3.. orbital f, existuje 7 typů, jsou nejsložitější Autor:CK-12 Foundation, licence Creative Commons, CC-BY-SA licence CC-BY-SA

39 Přehled jednotlivých typů orbitalů Autor: Haade, licence Creative Commons, CC- BY-SA licence CC

40 Všechny typy orbitalů p, všechny typy orbitalů d a všechny typy orbitalů f mají stejnou energii, ale liší se prostorovou orientací. Nazývají se degenerované orbitaly. 3. Magnetické kvantové číslo m: udává orientaci orbitalu v prostoru, nabývá hodnot v závislosti na vedlejším kvantovém čísle l: l. 0.+ l např. je-li l = 2, pak m = -2,-1,0,1,2 l = 3, pak m = -3,-2,-1,0,1,2,3

41 4. Spinové kvantové číslo s: udává směr rotace elektronů, nabývá hodnot s= +1/2 a s = -1/2.

42 Znázorňování orbitalů: 1. Pomocí rámečků: - elektrony se znázorňují šipkami s p d f

43 2. Pomocí hlavního a vedlejšího kvantového čísla: 1s 2 (čteme: jedna es dva)

44 Př. 1: Zapište, že v orbitalu 3s se nachází 2 elektrony, v orbitalu 3d jeden elektron a v orbitalu 4f pět elektronů. Řešení: 3s 2, 3d 1, 4f 5

45 Př.2: Zapište pomocí rámečků orbitaly 2s, 3p a 4d. Řešení: 2s 3p 4d

46 Př.3: Zapište s využitím rámečků, že v orbitalu 1s je 1 elektron. Řešení: 1s

47 Pravidla pro obsazování orbitalů elektrony: 1. Výstavbový princip: elektrony zaplňují jednotlivé orbitaly podle jejich rostoucí energie: 1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s <4d<5p<6s<4f<5d<6p<7s<5f<6d Autor: Sven, licence Creatice Commons, CC-BY-SA

48 Autor:CK - 12 Foundation, licence PD licence PD

49 2. Pauliho vylučovací princip: každý orbital může být obsazen nejvýše dvěma elektrony, které se od sebe liší spinovým kvantovým číslem např. 1s 2p

50 3. Hundovo pravidlo: Orbitaly se stejnou energií se obsazují nejprve všechny po jednom elektronu. Pak se doplňují do páru. např. 2s 2 2p 3

51 Způsob uspořádání elektronů v elektronovém obalu atomu prvku se nazývá elektronová konfigurace. např. elektronová konfigurace atomu bóru: 5B: 1s 2 2s 2 2p 1 elektronová konfigurace atomu fosforu: 15P: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3

52 Seznam použité literatury a pramenů: Vacík,J. a kol.: Chemie I. Praha: SPN, s. ISBN X. Kosina,L. Šrámek,V.: Obecná a anorganická chemie. Olomouc: FIN, s. ISBN Honza,J. Mareček,A.: Chemie pro čtyřletá gymnázia 1 díl. Olomouc: Nakladatelství Olomouc, s. ISBN Autor: Thomas Phillips, licence CC-PD-Mark jpg?uselang=cs, licence CC-PD-Mark (cit ) Autor: Not Mentionet, licence Cerative Commons, CC-PD-Mark, PD old LicenceCC (cit ) cs, licence CC, BY-SA, (cit ) xperiment_results.svg&page=1&uselang=cs, licence CC, BY-SA, (cit )

53 Autor: Brighterorange, licence Creative Commons, BY-SA _English.svg&page=1&uselang=cs, licence CC, (cit ) Autor: Bensaccount, licence Creative Commons, BY-SA 1&uselang=cs, (cit ) Autor: Reimar Spohr, licence Creative Commons, CC-BY-SA g?uselang=cs, (cit ) Autor:Joanna Kośmider, licence PD e=1&uselang=cs, licence P, (cit ) Autor:Haade, licence Creative Commons, CC-BY selang=cs, (cit ) Autor: Haade, licence Creative Commons, CC-BY selang=cs, licence CC BY. (cit )

54 licence CC-BY-SA, (cit ) Autor: Haade, licence Creative Commons, CC- BY-SA ng=cs, licence CC, (cit ) Autor: Sven, licence Creatice Commons, CC-BY-SA Orbitals.svg&page=1&uselang=cs, licence CC, (cit ) Autor:CK-12 Foundation, licence Creative Commons, CC-BY-SA licence CC-BY-SA (cit ) Autor:CK - 12 Foundation, licence PD on_method.svg&page=1&uselang=cs, licence PD (cit ) Ostatní necitované objekty (užité v tomto DUM) jsou dílem autora. Materiál je určen pro bezplatné užívání pro potřebu výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských zařízení. Jakékoliv další využití podléhá autorskému zákonu. Dílo smí být dále šířeno pod licencí CC BY-SA.